电磁波防泄漏设备和无线电力传输系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种电磁波防泄漏设备和无线电力传输系统。根据实施例，提供一种电磁波防泄漏设备，其包括金属管和磁性材料部件。金属管被布置为围绕第一电力传输设备的周边。第一电力传输设备将电力经由电磁波无线地发送到第二电力传输设备。第二电力传输设备与第一电力传输设备相对。开口沿金属管的圆周方向形成在金属管上。磁性材料部件沿金属管的圆周方向布置在金属管之内。
【专利说明】电磁波防泄漏设备和无线电力传输系统
【技术领域】
[0001]这里描述的实施例涉及电磁波防泄漏设备和无线电力传输系统。
【背景技术】
[0002]存在将电力无线传输到电动车辆等的系统。在相关系统中，存在一个问题，即在无线传输电电力时，一部分电磁波泄漏到周围从而降低了传输效率。作为现有技术，已经知道了布置刷状电导体以防止电波泄漏的技术。
【发明内容】
[0003]根据实施例，本发明提供一种电磁波防泄漏设备，包括金属管和磁性材料部件。
[0004]金属管被布置为围绕第一电力传输设备的周边。第一电力传输设备将电力经由电磁波无线地发送到第二电力传输设备。第二电力传输设备与第一电力传输设备相对。
[0005]开口沿着金属管的圆周方向形成在金属管上。
[0006]磁性材料部件沿着金属管的圆周方向布置在金属管之内。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是示出根据第一实施例的具有电磁波防泄漏设备的无线电力传输系统的透视图。
[0008]图2是沿着图1的A1-A2线截取的防泄漏设备的剖面图。
[0009]图3是示出根据第一实施例的防泄漏设备的修改示例的图。
[0010]图4是示出根据第一实施例的防泄漏设备的另一个修改示例的图。
[0011]图5是解释主要减少电磁波泄漏的原理的图。
[0012]图6是解释用于传播路径的长度的条件的图。
[0013]图7是示出根据第一实施例的防泄漏设备的另一个修改示例的图。
[0014]图8是示出根据第一实施例的防泄漏设备的又一修改示例的图。
[0015]图9是示出根据第二实施例的电磁波防泄漏设备的结构示例的剖面图。
[0016]图10是示出根据第二实施例的防泄漏设备的另一个结构示例的剖面图。
[0017]图11是示出根据第二实施例的防泄漏设备的另一个结构示例的剖面图。
[0018]图12是示出根据第三实施例的具有电磁波防泄漏设备的无线电力传输系统的透视图。
[0019]图13是沿着图12的B1-B22线截取的防泄漏设备的剖面图。
[0020]图14是示出根据第三实施例的执行模拟的设备配置的图。
[0021]图15是示出在传输电力时在现有技术的电力传输设备附近的磁场分布的图。
[0022]图16是示出在使用根据第三实施例的防泄漏设备情况下在电力传输设备附近的磁场分布的图。
[0023]图17是示出解释根据本第三实施例的效果的图表的图。【具体实施方式】
[0024]根据实施例，提供一种电磁波防泄漏设备，包括金属管和磁性材料部件。
[0025]金属管被布置为围绕第一电力传输设备的周边。第一电力传输设备将电力经由电磁波无线地传输到第二电力传输设备。第二电力传输设备与第一电力传输设备相对。
[0026]开口沿着金属管的圆周方向形成在金属管上。
[0027]磁性材料部件被沿着金属管的圆周方向布置在金属管之内。
[0028]在下文，将参考附图给出本发明的实施例的描述。
[0029](第一实施例)
[0030]图1是示出根据第一实施例的具有电磁波防泄漏设备的无线电力传输系统的透视图。图2示出沿着图1的A1-A2线截取的防泄漏设备的剖面图。沿着除了 A1-A2线以外的那些线截取的剖面图也与图2 —样。
[0031 ] 此防泄漏设备被相对于无线电力传输系统的电力传输设备(电力发送设备或电力接收设备)而设置，并且抑制电磁波在发送电力时泄漏到电力传输设备的周边。具有为此布置的防泄漏设备的电力传输设备可以是电力发送设备或电力接收设备，并且这里是示出电力发送设备中布置的情况。
[0032]电力发送设备201被布置在地平面(安装表面)301上。电力发送设备201利用电磁波将电力无线发送到与电力发送设备201相对布置的电力接收设备(参考图5)。例如，电力发送设备201具有电力发送线圈并且电力接收设备具有电力接收线圈，并且电力在电力发送线圈与电力接收线圈之间由于磁耦合被传输。地平面301可以是有限导电的地平面或地表面。
[0033]防泄漏设备被相对于电力发送设备201布置在地平面301上或上方。防泄漏设备总体上具有围绕电力发送设备201周边的形状。防泄漏设备的全部或一部分可以被嵌入在地中。此防泄漏设备起到在电力发送设备与电力接收设备之间传输电电力时防止电磁波泄漏到周边(例如，在平行于xy轴平面的方向)的作用。在地平面301是导体板的情况中，在导体板上或上方的防泄漏设备的布置除了在陆地表面上方的泄漏防止作用之外，还可以防止电磁波从地表面侧向下泄漏。注意导体板不仅可以是平板而且可以是网状、直线、或螺旋形状。此外，可以整体地形成导体板与防泄漏设备。
[0034]防泄漏设备包括布置为围绕电力发送设备的金属部件(金属管)101、和沿着金属管101的圆周方向布置在金属管101之内的磁性材料部件103。此外，金属管101具有沿着金属管101的圆周方向形成的开口 102。
[0035]从Z轴方向看防泄漏设备的总体形状，即从Z轴方向看金属管101的形状是矩形环。但是，金属管101、开口 102、和磁性材料部件103的环形状不局限于矩形，而可以是诸如多边形、圆、椭圆等等之类的其他形状。
[0036]如图2所示，金属管101具有前面部分121、后面部分122、内侧侧面部分123、和外侧侧面部分124。后面部分122与前面部分121相对并且还跨前面部分121与电力接收设备(和第二电力传输设备)相对。内侧侧面部分123形成在前面部分121的一端与后面部分122的一端之间并且围绕电力发送设备201的周边。外侧侧面部分124形成在前面部分121的另一端与后面部分122的另一端之间并且跨内侧侧面部分123围绕电力发送设备201的周边。开口 102形成在前面部分121上。金属管101具有磁性材料部件103作为布置在其内部的平板磁性材料。磁性材料部件103沿着管的圆周方向形成以充满管内部。内侧侧面部分123与外侧侧面部分124之间的长度(宽度)大于前面部分121与后面部分122之间的长度(厚度)。
[0037]这里，开口 102可以具有如图3所示的形成在其中的介电材料151。介电材料151可以保护金属管101的内部。此外，如图4所示，整个设备，即整个金属管101可以被介电材料161覆盖。这可以充当保护此设备的盖子。
[0038]将利用图5给出防泄漏设备减少电磁波泄漏的原理的描述。
[0039]图5示出在将电力从布置在地表面301上的电力发送设备201传输到车辆(车身)401的电力接收设备402的情况下的操作。注意虽然开口 102形成在偏离图2中的管空间左端的位置处，但是在图5的示例中开口形成在左端。
[0040]在将电力从布置在地表面301上的电力发送设备201传输到布置在车辆401中的电力接收设备402中，一部分电磁波泄漏到周边。地表面301与车辆401操作为一种平行板，并且具有垂直于地表面301方向的电场分量的电磁波(TEM波)平行于地表面301传播并且泄漏到绕着周边的空间。此部分电磁波与防泄漏设备的开口耦合从而进入金属管。进入的电磁波在磁性材料103中传播。金属管中的磁性材料103的存在使得许多电磁波与开口耦合，即使开口是小的间隙。在磁性材料103中传播的电磁波被反射在金属管的一端(夕卜侧侧面部分124)并且相关电磁波从开口再辐射。
[0041]这里，如图6所示，电磁波从开口进入、传播通过磁性材料部件103、并在外侧侧面部分124的内壁上反射的传播路径被定义为D1。此外，电磁波在外侧侧面部分124上反射、传播通过磁性材料部件103、并且从开口再辐射的传播路径被定义为D2。Dl加D2的整个传播路径被定义为Tl。传播路径Dl和D2的长度彼此相等。此时，如果考虑由于磁性材料部件103的相对磁导率引起的波长缩短效果，传播路径Dl的长度近似管中的波长的1/4，则从开口再辐射的电磁波在相位上与电力发送设备泄漏的电磁波偏移180度。因此，如图5所示相位彼此抵消。这使得泄漏的电磁波减少以获得高传输效率。
[0042]换句话说，如果整个传播路径Tl的长度近似管中波长的1/2，则泄漏的电磁波由于相位抵消而减少。
[0043]为了考虑到由于相对磁导率引起的波长缩短效果而保证路径Dl为管中波长的大约1/4，假定电磁波的频率(电力传输设备的工作频率)为IOOkHz并且波长是3km，如果使用具有大约十万的相对磁导率的磁钢片，则管Wl中的宽度(参考图6)是大约2.4m。这里，管中的宽度Wl被认为基本上等于传播路径Dl的长度。
[0044]不仅在传播路径Dl的长度大约是管中波长的1/4的情况下而且在等于或大于管中波长的1/8并且等于或小于管中波长的3/8情况下，可以获得泄漏的电磁波的相位和从开口再辐射的电磁波的相位彼此抵消的效果。因此，传播路径的长度Dl (或在管中的宽度Wl)可以等于或大于管中波长的1/8并且等于或小于管中波长的3/8。一般地说，从进入开口到被再辐射的在管中的整个传播路径可以等于或大于管中波长的1/4并且等于或小于管中波长的3/4。
[0045]这里，如图2所示，在开口的位置偏离管空间左端的情况下，可以认为主要存在两个传播路径。第一个是电磁波从开口进入、被传播到内侧侧面部分123、被在内侧侧面部分123上反射、并且被从开口再辐射的路径。第二个是如图5所示的、电磁波被传播到外侧侧面部分124、在外侧侧面部分124上反射、并且从开口再辐射的路径。以这种方式，在存在多个传播路径的情况下，这些路径的最长路径可以仅仅满足以上波长条件。在图2的示例中，最长路径是后一种路径，即被传播到外侧侧面部分124、在外侧侧面部分124上反射、并且从开口再辐射的路径。
[0046]此外，在以上示出的结构示例中，布置磁性材料部件以便完全充满管内部，但是如图7 (A)和图7 (B)所示，可以布置磁性材料部件103A和103B以便在管中部分地留下空隙。此外，如图7 (C)所示，介电材料172等可以被引入到管中以用介电材料172覆盖整个磁性材料部件103C。这些结构仅仅是示例并且可以做出各种修改。
[0047]注意图1所示的防泄漏设备可以在物理上形成为一体，或如图8所示可以通过将防泄漏设备划分为多个块11、12、13、14、15、16、17、和18并且布置这些块来形成。虽在相邻块之间优选地没有空隙存在，但是只要空隙可以足够小到波长的大约1/100的话，也没有问题。这里，彼此耦接的相邻块的表面可以用介电材料覆盖。但是，相关表面必须不被金属覆盖。
[0048](第二实施例)
[0049]图9是示出根据第二实施例的电磁波防泄漏设备的结构示例的剖面图。此实施例的防泄漏设备的外观与图1的一样，并且图9示出与沿着图1的A1-A2线截取的剖面图对应的剖面图。
[0050]金属部件(金属管)101具有沿着圆周方向布置在其中的金属板125。金属板125的一端与内侧侧面部分123的内壁的中心附近耦接并且它的另一端是自由的。金属板125在管中限定弯曲路径，其在内侧侧面部分与外侧侧面部分之间折返。形成磁性材料部件113以便充满弯曲路径以产生折叠结构。这里，类似于第一实施例，磁性材料部件113沿着管的圆周方向形成。在管中形成的弯曲路径使得设备在大小或在面积上减小。
[0051]传播路径Tll是用于电磁波从开口 102进入、在管中传播、并从开口 102再辐射的路径。传播路径Tll的长度优选地为大约管中波长的1/2，并且可以等于或大于管中波长的1/4并等于或小于管中波长的3/4。作为一个结构示例，从开口 102到内侧侧面部分123与外侧侧面部分124 (在图9的示例中，外侧侧面部分124)中的一个的长度和内侧侧面部分123与外侧侧面部分124之间的长度的总长度可以等于或大于管中波长的1/8并等于或小于管中波长的3/8。
[0052]金属板125的另一端可以与外侧侧面部分124的内壁耦接以使得金属板125的一端是自由的。可替换地，金属板125的一端和另一端二者可以是自由的并且金属板125可以被嵌在磁性材料部件113内部。
[0053]图10是示出根据第二实施例的防泄漏设备的另一个结构示例的剖面图。与图9中的结构不同的是布置在管中的金属板的数目从一个增加到三个。金属板128和126的每一个的一端与内侧侧面部分123耦接并且它的另一端是自由的。金属板127的一端与外侧侧面部分124耦接，并且它的另一端是自由的。这些金属板限定与图9中的情况相比在折数方面增加的弯曲路径。形成磁性材料部件133以便充满弯曲路径以导致具有折叠结构。如一个结构示例，从开口 102到内侧侧面部分123和外侧侧面部分124 (在图9的示例中，外侧侧面部分124)中的一个的长度和内侧侧面部分123与外侧侧面部分124之间的长度的三倍的总长度可以等于或大于管中波长的1/8并等于或小于管中波长的3/8。一般地说，根据折数N (N是整数)，从开口 102到内侧侧面部分123和外侧侧面部分124中的一个的长度、和内侧侧面部分123与外侧侧面部分124之间的长度的N倍的总长度可以等于或大于管中波长的1/8并等于或小于管中波长的3/8。
[0054]采用图10中的结构以使得与图9中结构相比在大小上减小。
[0055]图11是示出根据第二实施例的防泄漏设备的另一个结构示例的剖面图。金属管(金属部件)701包括前面部分711、后面部分712、内侧侧面部分713、和外侧侧面部分714。金属管701具有布置在其中的金属板721、722、723、和724。金属板721和723的每一个的一端与前面部分711的内壁耦接，并且它的另一端是自由的。金属板722和724的每一个的一端与后面部分712的内壁耦接，并且它的另一端是自由的。这些金属板在管中限定弯曲路径，其在前面部分和后面侧面部分之间折返多次。形成磁性材料部件703以便充满弯曲路径以导致具有折叠结构。此结构也使得设备在大小上的减小。
[0056](第三实施例)
[0057]图12是根据第三实施例的具有电磁波防泄漏设备的无线电力传输系统的透视图。图13是沿着图12的B1-B22线截取的剖面图。
[0058]在第一实施例中，防泄漏设备被布置在地平面(安装表面)301上从而一般具有平面形状。另一方面，在此实施例中，设备的一部分被嵌入在地中从而一般具有在Z轴方向延伸的形状。嵌入在地中的部分利用虚线表示。
[0059]金属部件(金属管)501具有通过彼此耦接金属正方形管的两端获得的类似环形的结构。如图13所示，金属管501具有前面部分511、后面部分512、内侧侧面部分513、和外侧侧面部分514。前面部分511具有沿金属管501的圆周方向形成在其上的开口 502。此夕卜，磁性材料部件503在金属管501中沿金属管501的圆周方向形成。形成磁性材料部件503以便完全充满管内部。但是，类似于第一实施例，空间或介电材料可以存在于管内部的一部分。
[0060]传播路径T21是用于电磁波进入开口 502、在管中传播、并再辐射的路径。传播路径T21的长度优选为大约管中波长的1/2，并且可以等于或大于管中波长的1/4并且等于或小于管中波长的3/4。
[0061]将利用图14、图15、图16、和图17给出根据第三实施例的防泄漏设备的操作模拟的描述。
[0062]图14示出其中相对于电力发送设备620布置根据第三实施例的防泄漏设备(金属部件601、开口 602、磁性材料部件603)的状态。此防泄漏设备具有与图12中相同的结构，省略其详细描述。电力发送设备620包括电力发送线圈、电力生成单元等。为了简化，电力发送设备620在图中用电力发送线圈的图片表示。假定其中电力接收设备631被布置在车身中，并且车身被停放以使得电力接收设备631面对电力发送设备的情况。车身被表示为车身的模拟导体630。例如，从电力发送设备620传输到电力接收设备631的电力在车身中的蓄电池中积累。
[0063]假定相对磁导率为100，000,并且磁性材料部件具有10厘米的宽度(在图14中的XI)、1.4米的侧基底(图14中的X2)、和2.4米的厚度(图14中的X3)。此时，通过具有100千赫兹频率的电磁场模拟器分析根据此设备的电磁波防泄漏效果。[0064]图16示出利用图14的配置通过模拟获得的电力发送设备620附近的磁场分布。图15示出在利用防泄漏设备从图14的配置移除的配置的模拟情况中电力发送设备附近的磁场分布。图17以图不形式不出图16和图15所不的每个分布。横坐标轴表不Y轴方向中的位置，并且纵坐标轴表示场强度。在Y轴上具有O值的位置被定义为用于电力发送设备的布置位置。这些图彼此比较，可以确认泄漏到电力发送设备周边的电磁波显著地减少。
[0065]虽然已经描述了某些实施例，但是这些实施例仅仅通过示例被呈现，并且不意欲限制本发明的范围。实际上，这里描述的新颖的实施例可以以各种其它形式实施；此外，可以对这里描述的实施例的形式进行各种省略、替换和变化，而不脱离本发明的精神。预期所附权利要求书和它们的等效物涵盖落入本发明的范围和精神的这样的形式或修改。
【权利要求】
1.一种电磁波防泄漏设备，包括: 金属管，其被布置为围绕第一电力传输设备的周边，第一电力传输设备将电力经由电磁波无线地发送到第二电力传输设备，第二电力传输设备与第一电力传输设备相对； 开口，其沿金属管的圆周方向形成在金属管上；以及 磁性材料部件，其沿金属管的圆周方向布置在金属管之内。
2.根据权利要求1所述的电磁波防泄漏设备，其中 电磁波的一部分从开口进入、在金属管中传播并反射、并从开口再辐射，并且电磁波从进入开口到在金属管中再辐射的最长传播路径的长度等于或大于管中波长的1/4并且等于或小于管中波长的3/4。
3.根据权利要求1所述的电磁波防泄漏设备，其中 金属管具有在其上形成开口的第一表面、面对第一表面的第二表面、形成在第一表面的一端与第二表面的一端之间的第三表面、和形成在第一表面的另一端与第二表面的另一端之间的第四表面， 金属管的第三表面与金属管的第四表面之间的距离比金属管的第一表面与第二表面之间的距离长，并且 电磁波从开口到第三表 面和第四表面的每一个的传播路径中较长的一个传播路径的长度等于或大于管中波长中的1/8并且等于或小于管中波长中的3/8。
4.根据权利要求1所述的电磁波防泄漏设备，其中 金属管具有在其上形成开口的第一表面、面对第一表面的第二表面、形成在第一表面的一端与第二表面的一端之间的第三表面、和形成在第一表面的另一端与第二表面的另一端之间的第四表面， 金属管的第三表面与金属管的第四表面之间的距离比金属管的第一表面与第二表面之间的距离长，并且 从开口到第三表面的长度或从开口到第四表面的长度中较长的一个的长度等于或大于管中波长中的1/8并且等于或小于管中波长中的3/8。
5.根据权利要求1所述的电磁波防泄漏设备，其中 金属管具有在其上形成开口的第一表面、面对第一表面的第二表面、形成在第一表面的一端与第二表面的一端之间的第三表面、和形成在第一表面的另一端与第二表面的另一端之间的第四表面， 第一表面与第二表面之间的距离比第三表面与第四表面之间的距离长，并且电磁波从开口进入到第二表面的传播路径的长度等于或大于管中波长的1/8并且等于或小于管中波长的3/8。
6.根据权利要求1所述的电磁波防泄漏设备，其中 金属管具有在其上形成开口的第一表面、面对第一表面的第二表面、形成在第一表面的一端与第二表面的一端之间的第三表面、和形成在第一表面的另一端与第二表面的另一端之间的第四表面， 第一表面与第二表面之间的距离比第三表面与第四表面之间的距离长，并且 从开口到第二表面的长度等于或大于管中波长的1/8并且等于或小于管中波长的3/8。
7.根据权利要求1所述的电磁波防泄漏设备，其中 至少一个金属板沿金属管的圆周方向布置在金属管中并且通过金属板在金属管中形成弯曲的传播路径。
8.根据权利要求7所述的电磁波防泄漏设备，其中 金属管具有在其上形成开口的第一表面、面对第一表面的第二表面、形成在第一表面的一端与第二表面的一端之间的第三表面、和形成在第一表面的另一端与第二表面的另一端之间的第四表面， 金属管的第三表面与金属管的第四表面之间的距离比金属管的第一表面与第二表面之间的距离长，并且 从开口到第三表面和第四表面中的任何一个的长度和第三表面与第四表面之间的长度的整数倍的总长度等于或大于管中波长中的1/8并且等于或小于管中波长的3/8。
9.根据权利要求7所述的电磁波防泄漏设备，其中 金属管具有在其上形成开口的第一表面、面对第一表面的第二表面、形成在第一表面的一端与第二表面的一端之间的第三表面、和形成在第一表面的另一端与第二表面的另一端之间的第四表面，并且 金属板的一端与金属管的第三表面或金属管的第四表面耦接，并且金属板的另一端是自由的。
10.根据权利要求7所述的电磁波防泄漏设备，其中 金属管具有在其上形成开口的第一表面、面对第一表面的第二表面、形成在第一表面的一端与第二表面的一端之间的第三表面、和形成在第一表面的另一端与第二表面的另一端之间的第四表面，并且 金属板的一端与金属管的第一表面或金属管的第二表面耦接，并且金属板的另一端是自由的。
11.根据权利要求7所述的电磁波防泄漏设备，其中 磁性材料部件沿着弯曲的传播路径布置。
12.一种电磁波防泄漏设备，包括: 金属管，其被布置为围绕第一电力传输设备的周边，第一电力传输设备将电力经由电磁波无线地发送到第二电力传输设备，第二电力传输设备与第一电力传输设备相对； 开口，其沿金属管的圆周方向在金属管上形成；以及 磁性材料部件，其沿金属管的圆周方向布置在金属管中， 其中 金属管具有面对开口的第二表面、形成在开口与第二表面的一端之间的第三表面、和形成在开口与第二表面的另一端之间的第四表面，并且 开口与第二表面之间的距离比开口与第三表面之间的距离加上第三表面与第四表面之间的距离长，并且从开口到第二表面的长度等于或大于管中波长的1/8并且等于或小于管中波长的3/8。
13.根据权利要求1所述的电磁波防泄漏设备，其中 防泄漏设备被布置在导体板上。
14.一种无线电力传输系统,包括:如权利要求1所述的第一电力传输设备；和如权利要求1所述的电 磁波防泄漏设备。
【文档编号】H02J17/00GK104010479SQ201410057362
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2013年2月22日
【发明者】司城彻, 山田亚希子, 尾林秀一 申请人:株式会社东芝